尺寸控制设备

在制造业的激烈竞争中，交付时间和生产质量是非常重要的两个因素，各制造企业也都不断引进新技术、优化生产管理方式，来实现生产效率和生产质量的提升。本期，我们将走进一家机械制造公司，了解其如何通过高精度三维扫描技术，进行首件产品生产全流程的高效、准确全尺寸控制，从而提高生产效率和质量，缩短交付周期，成功交付，赢得客户青睐。/ 关于客户单位 /该机械制造公司集产品开发、模具制作、铸造、机加工为一体，其部分经营内容为：向国外用户提供机械制造的铸件产品。其经营过程中，通常需要先制作首件产品，发货给国外客户，等首件产品得到客户确认后，获取批量制作订单。所以，快速、成功交付首件产品，是赢取后续批量订单的关键。为了能够更加高效高质地制作首件产品，其在国外用户的推荐下，引入了先临天远FreeScan UE Pro 多功能激光手持三维扫描仪，实现了良好的应用效果。- 高精度工业三维扫描 -首件产品生产尺寸检测全流程解决方案在该公司的首件产品制作过程中，高精度三维扫描技术能够实现生产模具以及首件产品的三维检测，贯穿于产品的整个生产过程，使得整个生产过程更加顺畅，缩短工期，并保证生产尺寸质量。首件产品生产主要流程：1）CAD设计：根据客户需求，进行原型CAD设计，以进行后续制作。2）模具制作：根据CAD设计，制作模具模型以及铸造模具。3）模具三维检测：使用FreeScan UE Pro进行模具三维扫描，并结合检测软件进行三维检测，高效检测模具的尺寸、形面的偏差。4）首件生产：使用模具进行首件产品的制作。5）首件三维检测：同样通过高精度三维扫描技术进行首件产品的尺寸检测，若合格，则可进行发货，若有偏差，调整工艺继续生产、三维检测合格后发货。- 三维扫描 -- 三维点云数据 -- 三维检测色谱图 -高精度三维尺寸检测应用优势：1）强大的便携性和通用性由于FreeScan UE Pro具有强大的便携性、环境适应能力以及尺寸检测的通用性，能够应用于首件产品的整个生产过程的尺寸检测中，客户单位可以轻松实现多个不同生产环节的三维尺寸精准控制。2）测量结果准确可靠FreeScan UE Pro精度为0.02mm，且重复性精度稳定，能够为3D尺寸测量提供准确的三维点云数据，确保测量结果的准确性。*FreeScan系列产品 ISO 17025 认证：基于JJF1951-2021和 VDI/VDE 2634 第 3 部分标准。基于可追踪球体直径测量数据对探测误差性能进行评估，在工作范围内基于可追踪长度标准件从多视角方向进行测量，来评估球体间距误差。可通过集成或内置摄影测量获取体积精度进一步优化的数据。一开始是我的国外客户推荐我三维扫描这项技术，当时也是推荐了先临三维这个品牌，事实证明确实好用。我印象很深刻一次：当我去到国外客户现场的时候，客户也拿他的三维扫描仪进行了三维尺寸的检测，结果是，他的检测报告和我的检测报告几乎一模一样，我的客户非常满意。——客户单位董事长先临天远FreeScan UE Pro 多功能激光手持三维扫描仪，助力用户单位轻松实现首件产品生产全流程的高效、准确全尺寸控制，从而推进其生产质量和生产效率的双重提升。同时，先临天远的高精度工业三维扫描仪，其数据获取的能力，也获得了国际终端用户的认可。接下来，先临天远也将不断在全球推广高精度工业三维扫描技术的应用，打造全球知名品牌，为全球制造业企业提供3D光学测量技术。

电子束光刻（EBL）手段，自从其超级高手MAPPER和EUV光刻PK完败之后，一直怀才不遇地降维转战至量测领域，凭借其高贵的光刻血统，完成量测可以说是“手拿把掐”；晶圆Fab发展到65nm技术节点阶段，对以栅极宽度为典型对象的量测技术上，电子束手段以其独树一帜的分辨率、自动化、稳定性和高通量的特征，是无可争议，不能替代的独门武艺；电子束关键尺寸（Critical Dimension）量测设备厂家的竞争也到了白热化阶段；异军突起的中国人技术和设备-汉民微测HMI，凭借扎实的技术创新和对用户痛点的逐一攻克，借助一次Intel晶圆厂验证试机的良机，大秀肌肉，赢得了接下来多家IDM大厂的八成以上设备采购，竟将KLA这样的量测设备巨兽挤出了电子束市场，迫使他们暂时关闭了电子束量测部门。近年来随着半导体行业步伐的加快，由于今天的量测要求比历史上的关键尺寸测量要全面得多，所以半导体晶圆制造行业已经采用了具有各种尺寸量测能力的手段：非电子束光源的量测技术从物理规律的前后两端夹击，不断缩短靠近电子束的分辨率领地：从下方而来的光学量测OCD设备，凭借激光器技术的突破和晶圆光刻光源EUV的降维下放量测（日本公司技术），还有在不需要真空和对环境干扰比起电子束不敏感的先天优势，已经在28nm节点量测稳定发挥（以色列公司技术），并利用和飞秒等离子光刻技术（FPL）一个思维路线的脑洞，突破至14nm量测（新加坡公司技术30mW-1340nm/1320nm/1064nm），逐步挑衅逼近，最终和电子束量测领地短兵相接；而从上方而至的物理探针量测AFM等工具，借助其天然的分辨特长，和来自隧道探针显微术（STM）量子力学的底气，借助其与纳米压痕光刻技术（NIL）一样的思维角度，轻松完成了已经成为电子束瓶颈的极限尺寸量测任务。明眼人不难看出，只用一类量测手段和工具无法在线量测工艺规范所要求的所有关键尺寸。为了规避这种情况，工艺开发通常使用破坏性量测手段 - 横截面电子显微术（X-SEM），透射电子显微术（TEM）等进行尺寸表征（Thermo Fisher主要供货）。这些离线工具速度慢、成本高昂，并且采样和量测的整体通量低下，是不得已的选择。先进的工艺需要精确量测复杂结构上的多个复杂细节，随着FinFET、3D-NAND、Multi-Pattern、DRAM等令人乍舌的复杂沟槽结构的出现，以及IBM骤然发布的GAA 2nm变态制程节点，例如侧壁角度（Side Wall Angle），轮廓（Profile），垫片宽度（Sapcer Widths），垫片下拉（Spacer Pull-Down），外延接近（Epitaxial Proximity），基础/底切（footing /undercut），溢出/底部填充（overfill /underfill ）等，而且所有这些特征的尺寸都需要控制在单微束埃的精度水平。为了应对这些不断增长的量测挑战，晶圆厂没有比任何时候更加需要通过引入混合量测技术（Hybrid Metrology），合体使用来自多种设备类型的量测手段，以实现或改进一个或多个关键参数的测量，来彻底改变这一怪兽级别行业的尺寸量测功能的需求。图中描述了量测对象及虚拟混合量测生态系统设想。现在是时候电子束量测低下高贵的头颅了，因为只有合体混动式量测技术和设备，才能把从不同工具获得的数据集合在一起，拿到量测对象的关键的优质的信息，更好地全面细致地了解晶圆的光刻及整体制造过程。以OCD，SEM和AFM这“三体”集成的横跨光源分辨率限制的混合式量测手段和设备，可以毫不夸张地成为晶圆量测的“革命性”方法，通过焊接三类工具的强项，从而可以分离每个单项工具中严重耦合的参数。混合量测技术对晶圆关键尺寸这朵小花实施了几种不同技术维度的交叉施肥。特别需要承认的是：一个量测手段可以提供另两个无法拿出的样品信息，反之亦然。这样的“三体”手段既可以从所有工具上获得相对独立的通用信息，也可将这“三体”相互交叉、引用以提高最终数据的准确性。换句话说就是：参数之间的干扰相关性降低，从而获得了更好的准确性。让我们把这个脑洞接着开大，就是发挥“三体”量测技术和设备工具的平衡术：由于混动量测技术结合了来自不同手段的信息，因此通常有一种更有效率的方法可以将每个手段按其所长分配给样品，来自一类工具和手段的数据可以与另一类交换，并以互补或协同的方式使用，在速度和测量精度方面提高其整体性能。图中的仿真模拟算法为我们显示了混合量测技术的引入是如何解耦两个几何参数的（SWA和TCD），对比这两个参数在没有混合量测技术的情况下是如何以非物理方式耦合的。综上所述，混合量测技术和设备使晶圆厂能够成功量测目前难以使用单个工具可靠量测的复杂结构；通过执行混合量测技术，可以获得增强的量测性能，重拾晶圆量测顶到技术天花板而逐渐失去的信心，是晶圆量测手段和设备的未来。

近日，季华实验室增材制造团队自主研发的JHL600超大幅面SLM金属3D打印设备，取得阶段性进展，仅仅经过一年多的不断努力，设备开发小组完成了从结构设计、光学设计、水电气设计，加工采购，到工控机及切片软件的自主开发、安装调试及一系列软硬件联调工作，突破了多项交叉学科难题，并已完成发明专利申请共计10余件，其中已获得一件发明专利授权及两件软著授权，设备已具备打印功能。△JHL600金属增材制造装备渲染图通过260余张机械设计图纸、100余张电气原理设计图纸、一整套自主开发PLC控制程序、500余种外购件选型采购记录、9000余行切片软件源代码以及26000余行工控机软件源代码这样复杂排列组合，完成了珠三角首台超大尺寸金属3D打印设备的研制，可实现最大成形尺寸达800x600x600mm³，一举跻身全球最大幅面激光选区熔化设备行列。△设备开发成员同装备实拍合影该设备的成功研制将解决航空航天发动机大尺寸关键零部件增材制造的“卡脖子”问题，利用双构建仓可快速切换概念、多激光同步扫描、自适应双向铺粉、永久过滤系统及闭环粉末循环系统等高效模块式设计，配合自主开发的Jiva 3D（季华3D系统）上位机及扫描路径规划软件，从而实现打印效率的提升，同时提高设备运行的可靠性和稳定性。△首版工艺测试样件实拍图该设备实现了首次近30小时的稳定运行，成功完成了第一版316L不锈钢材料工艺测试样件的打印任务；在设备成形性能及微观组织一致性方面均满足了测试标准。团队下一步将继续开展设备微调、工艺优化等一系列研发工作，完成多材料、大尺寸、复杂结构打印工艺的开发，推进超大尺寸3D打印设备的工业化。金属增材制造团队同时展开增材制造工艺及产品研发、金属粉末雾化工艺及装备开发，以科研为基础，工程化及应用化为目标，打造覆盖核心技术的全流程链研发中心，引领粤港澳大湾区增材制造技术的美好愿景。